汽车电子稳定程序ESP
【摘要】随着现代汽车技术的快速发展，人们在注重汽车的舒适性、可靠性、经济性
的同时，对汽车的安全性更是提出了更高的要求。事实证明ESP电子稳定程序可以有效地降低重大交通事故发生率，从而挽救许许多多人的生命，为进一步加强汽车的乘坐安全性，全球道路专家一致认为ESP应该成为每一辆汽车的标准配置。汽车电子稳定装置(Electronic Stability Program，简称ESP)是由奔驰汽车公司首先应用在它的A级车上的。ESP实际上是一种牵引力控制系统，与其他牵引力控制系统比较，ESP不但控制驱动轮，而且可控制从动轮。如后轮驱动汽车常出现的转向过多情况，此时后轮失控而甩尾，ESP便会对外侧的前轮制动来稳定车子；在转向过少时，为了校正循迹方向，ESP则会对内后轮制动，从而校正行驶方向。本文介绍了汽车电子稳定系统 ESP的工作原理、组成部件、功能及其维修方法。
【关键词】电子稳定程序 行驶稳定性 过度转向 转向不足
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。
1.1 ESP国内外应用研究现状
德国的一项研究表明，涉及严重人身伤害的交通事故当中有1/4都是由车辆侧滑所引起的。全球碰撞研究证实，侧滑及导致的侧面碰撞是严重伤亡道路碰撞的主要原因。电子稳定程序ESP能够防止侧滑：增加车辆的稳定性，减少侧滑的危险。在中国，2005年有约10万人死于交通事故，约47 万人受伤居世界第一。国际著名的汽车生产商和安全机构的研究证实了ESP能够拯救生命的有效性。
汽车生产厂家有的把ESP作为标准配置，有的作为选装设备。1995年奔驰S级轿车首先使用ESP系统的轿车型，1999年梅赛德斯一奔驰公司正式宣布全车系都将ESP列为标准配备，宝马与奥迪于2001年也宣布全车系都将ESP列为标准配备，丰田在2005年宣布准备用10年时间使ESP成为其车辆的标准配置，美国三大汽车厂家通用、福特和克莱斯勒联合宣布在2006年前将它作为大部分SUV的标准安全配置。现在，ESP不再只配在顶级豪华轿车上，在欧美等国家的小型车工也已得到普及，如奥兹莫比尔的Intrigue、福特•福克斯、新款丰田卡罗拉、日产天籁、德国原装的波罗和许多轻型卡车。
近年来世界范围内新车的ESP装配率显示了其正在被越来越多的人所认可。装配了ESP车辆的数量有显著提高。2008年上半年，欧洲乘用车ESP 的新车装配率升至53%。另外，最新装配率数据显示，全球不到三分之一的新注册车辆装配了ESP 。ESP的接受率在未来数年内将继续提高。同时，中高档车型考虑过ESP 作为标配的安全装置，而小型车通常将ESP作为选配或没有装配。但是，ESP对于小型车和大型车的重要性是完全一样的。因此，如果该安全系统不是标准配置，购车者应要求将其作为可选配置。
到目前为止，欧洲是ESP最大的市场，而且将继续保持几年。ESP将成为所有车辆的标准配置，它是继安全带之后最具拯救生命潜力的科技。依相关法规草案，在美国所有总重量低于4.5t的小型车上都将配置ESP，此规定在2009～2012年的车型上逐步推行。
中国目前ESP的装配率还比较低，以往通常只在高档车上才装配ESP，中高级轿车中只有一部分把它作为标准配置，如东风雪铁龙的凯旋一汽大众的速腾和上海通用的君越。将来它的装配率一定会随着汽车市场的发展显著提高，但由于技术水平的差距，这部分市场将会完全掌握在外资企业手中，国内企业几乎无法涉足。经过数年不断优化设计，到2002年已经发展到第8代。2005年，适逢博世开发ESP面世10周年，ESP8.0系统这一世界领先的技术实现了在中国苏州国产化。
1.2 论文研究意义
车辆安全是购买车辆时最重要的衡量标准。这是最近博世调查的结果。值得关注的是，主动安全系统的知名度越来越高。例如，欧洲一半的驾驶者知道电子稳定程序ESP。购车成本是选择公司用车非常重要的因素。固定成本例如购车成本或租赁成本，油价，和保险级别等，都计算在内，但
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是通常并没有考虑碰撞有关的费用。根据欧洲工业EurotaxGlass’s的分析，该费用占购车总价的13%，向主要决策者说明这些费用，推荐有避免碰撞系统的车辆，例如电子稳定程序ESP。
ESP汽车安全产品不久将成为中高级轿车和其它车型的标准配制，掌握ESP技术，就掌握了竞争未来汽车安全技术的主动权。ESP在国外已批量生产，在国内尚处于研究阶段，要达到产业化的程度，还有大量的工作要做。所以，攻克ESP设计的理论与关键技术，对提高国产汽车的自主开发能力、缩短与发达国家的差距具有重要的现实意义。
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第二章 ESP系统的结构与工作过程
2.1 EPS系统的结构与组成
ESP 是在原有电子制动防抱死制动系统（ABS）、电子制动力分配（EBD）和牵引力控制（TCS）的基础上发展起来的，奔驰轿车的制动系统具有上述所有功能。该电子制动系统由电子控制单元（ECU）、液压调节器总成、车轮速度传感器、方向盘转角传感器、横向偏摆率传感器、车轮速度传感器脉冲环以及ESP控制开关等部件组成，其中电子控制单元与液压调节器是一体的。其系统组成见图2-1，控制系统电路图见图2-2。
图2-1 奔驰轿车电子制动系统的组成图
1-前轮速度传感器；2-前轮速度传感器引线；3-电子控制单元（ECU）；4-液压调节器总成；5-方向盘转角传感器；6-横向偏摆率传感器；7-后轮速度传感器脉冲环；8-后轮速度传感器（字母A、B、C、D、E为上述该传感
器或总成在汽车中的具体位置）
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图2-2 ESP控制系统电路
2.1.1 电子控制单元（ECU）
电子控制单元（如图2-3）是ABS-TCS/ESP 系统的控制中心，它与液压调节器集成在一起组成一个总成。电子控制单元持续监测并判断的输入信号有：蓄电池电压、车轮速度、方向盘转角、横向偏摆率以及点火开关接通、停车灯开关、串行数据通信电路等信号。根据所接收的输入信号，电子控制单元将向液压调节器、发动机控制模块、组合仪表和串行数据通信电路等发送输出控制信号。
图2-3 电子控制单元（ECU）
1-电子控制单元（ECU）；2-液压调节器总成
当点火开关接通时，电子控制单元会不断进行自检，以检测并查明ABS-TCS/ESP 系统的故障。此外，电子控制单元还在每个点火循环都执行自检初始化程序。当车速达到约15 km/h时，初始化程序即启动。在执行初始化程序时，可能会听到或感觉到程序正在运行，这属于系统的正常操作。在执行初始化程序的过程中，电子控制单元将向液压调节器发送一个控制信号，循环操作各个电磁
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阀并运行泵电机，以检查各部件是否正常工作。如果泵或任何电磁阀不能正常工作，电子控制单元会设置一个故障诊断码。当车速超过15km/h时，电子控制单元会将输入和输出逻辑序列信号与电子控制单元中所存储的正常工作参数进行比较，以此来不断监测ABS-TCS/ESP 系统。如果有任何输入或输出信号超出正常工作参数范围，则电子控制单元将设置故障诊断码。
2.1.2 液压调节器总成
液压调节器总成内部液压回路示意图如图2-4所示。为了能独立控制各车轮的制动回路，本系统采用了前/后分离的4 通道回路结构，每个车轮的液压制动回路都是隔离的，这样当某个制动回路出现泄漏时仍能继续制动。液压调节器总成根据电子控制单元（ECU）发送的控制信号调节制动液压力。液压调节器总成包括回程泵、电机、储能器、进口阀、出口阀、隔离阀和后启动阀等部件。
图2-4 液压调节器总成内部液压回路示意图
1-液压调节器总成；2-回程泵；3-储能器；4-制动轮缸；5-制动总泵；6-进口阀；7-出口阀；8-隔离电磁阀；9-启动电磁阀；A-常规的制动液压力；B-停止的制动液压力流（电磁阀闭合）；C-泵产生的制动液压力流；D-制
动踏板踩下；M-电机
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2.1.3前轮速度传感器
前轮速度传感器是一个电磁式传感器，是前轮轮毂总成的一部分，前轮轮毂总成是一个永久性的密封装置。左前和右前轮轮毂装有车轮速度传感器和一个48 齿的磁脉冲环。
2.1.4后轮速度传感器
别克荣御采用后轮驱动，后轮速度传感器位于主减速器后盖的支架上，也是电磁式传感器。后轮速度传感器脉冲环是主减速器内车桥法兰的一部分，不能单独维修。
2.1.5ESP 开关
电子稳定程序（ESP）开关位于地板控制台上。该开关是一个瞬间接触开关，按一下ESP 开关，电子稳定程序从接通转至关闭。当电子稳定程序（ESP）关闭时，ABS-TCS 系统仍能正常工作。当ESP 处于关闭位置时，再次按一下ESP 开关，将接通电子稳定程序。按下ESP 开关超过60s将被视为短路，会记录故障诊断码，且电子稳定程序在该点火循环内将被禁用。如果没有记录牵引力控制系统当前故障诊断码，电子稳定程序将在下一个点火循环复位到接通状态。
2.1.6方向盘转角传感器
方向盘转角传感器位于方向盘下面。方向盘转角传感器提供表示方向盘旋转角度的输出信号，。由于2只测量齿轮的齿数不同，故产生不同相位的两个转角信号，即能产生一个可表示±760º方向盘旋转角度的输出信号，电子控制单元利用这个信息计算出驾驶员所要求的方向。控制单元通过方向盘转角传感器与横向偏摆率传感器信号的比较，确定车辆实际行驶轨迹与驾驶要求是否一致，从而确定控制目标。
向偏摆率传感器位于仪表板中央控制台下部，如图2-12所示，传感器插头端子视图见图2-13所示，各端子的作用见图2-2。横向偏摆率传感器总成包括两个部件，一个是横向偏摆率传感器，另一个是横向加速度传感器。横向偏摆率传感器根据车辆绕其纵轴的旋转角度产生对应的输出信号电压；横向加速度传感器根据车轮侧向滑移量产生对应的输出信号电压。ESP控制单元利用横向偏摆率传感器和横向加速度传感器输出的这两个传感器信号，计算出车辆的实际行驶状态，再结合车轮速度传感器的输出信号和方向盘转角传感器的串行数据输出信号，确定控制目标。
2.2 ESP系统的工作过程
2.2.1电子制动力分配（EBD）工作过程
EBD能够根据由于汽车制动时产生轴荷转移的不同，而自动调节前、后轴的制动力分配比例，提高制动效能，并配合ABS提高制动稳定性。汽车在制动时，四只轮胎附着的地面条件往往不一样。比如，有时左前轮和右后轮附着在干燥的水泥地面上，而右前轮和左后轮却附着在水中或泥水中，这种情况会导致在汽车制动时四只轮子与地面的摩擦力不一样，制动时容易造成打滑、倾斜和车辆侧翻事故。EBD用高速计算机在汽车制动的瞬间，分别对四只轮胎附着的不同地面进行感应、计算，得出不同的摩擦力数值，使四只轮胎的制动装置根据不同的情况用不同的方式和力量制动，并在运
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动中不断高速调整，从而保证车辆的平稳、安全。其工作循环同ABS工作循环相同。
2.2.2牵引力控制系统（TCS）工作过程
TCS的作用是当汽车加速时将滑动控制在一定的范围内，从而防止驱动轮快速滑动。电子控制单元监 测并比较每个车轮速度传感器的信号以确定驱动车轮是否滑移，如果确定是由于路面湿滑或发动机扭矩过大而导致车轮纵向空转，且没有施加制动，则电子控制单元将切换到TCS（牵引力控制系统）模式。在TCS 模式中，电子控制单元首先向发动机控制模块（ECM）发送一个串行数据通讯信号，请求减小发动机扭矩。如果在发动机控制模块已执行发动机扭矩减小功能后仍能检测到有车轮空转，则电子控制单元将切换到牵引力控制阶段，实施TCS制动干预。参见图2-5，现以左后轮打滑为例，在这个阶段，电子控制单元将向液压调节器发送信号，关闭后隔离阀，以使后轮制动回路与总泵隔离开来，防止制动液返回总泵；打开后启动阀，使制动液从制动总泵进入液压泵中；关闭右后进口阀，以隔离右后轮液压回路，使液压调节器只向左后轮提供制动液压力；运行液压调节器泵，将制动液压力施加到左后轮制动钳上，以阻止左后轮空转。在TCS 模式下，这些操作每秒会执行约4～6次。ABS 和TCS 模式之间的差别在于，在TCS 模式下是增加制动液压力以阻止车轮空转，而在ABS 模式下是减小制动液压力以避免车轮抱死。如果在TCS 模式下人工实行制动，则退出TCS 制动干预模式，而允许人工制动。
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图2-5 TCS制动干预（以左后轮为例）
1-液压调节器总成；2-隔离阀；3-启动阀；4-右后进口阀；4a-左后进口阀；5-液压泵；6-左后出口阀；B-停止的
制动液压力流（电磁阀闭合）；C-液压调节器泵产生的制动液压力流；M-泵电机
2.2.3 电子稳定程序（ESP）工作过程
电子稳定程序（ESP）用于在高速转弯或在湿滑路面上行驶时提供最佳的车辆稳定性和方向控制。电子控制单元（ECU）通过方向盘转角传感器确定驾驶员想要的行驶方向；通过车轮速度传感器和横向偏摆率传感器来计算车辆的实际行驶方向。当电子稳定程序检测到车辆行驶轨迹与驾驶员要求不符时，电子稳定程序将首先利用牵引力控制系统中的发动机扭矩减小功能并向发动机控制模块（ECM）发送一个串行数据通信信号，请求减小发动机扭矩。如果电子稳定程序仍然检测到车轮侧向滑移，则电子稳定程序将根据“从外部作用于车辆上的所有力（不管是制动力、推动力，还是任何一种侧向力）都会使车辆环绕其重心而转动”的原理，通过对前、后桥一个以上的车轮进行制动干预，迅速克服以下操作缺陷，使车辆不偏离正确的行驶轨迹，确保安全。
1. 克服转向不足的操作
转向不足示意图见图2-6，方向盘转角传感器向电子控制单元发送一个驾驶员想要朝方向“A”转向的信号，横向偏摆率传感器检测到车辆开始打转“B”，同时车辆前端开始向方向“C”滑移，说明车辆出现转向不足，电子稳定程序将实行主动制动干预。如图2-7所示，电子稳定程序利用ABS-TCS系统中已有的主动制动控制功能,对左后轮进行制动干预，此刻，由于左后轮被制动，而车子的重心因惯性作用继续向前运动，于是车子就只好以左后轮为支点，绕着它旋转，这样一来，车子就朝方向“A”转向，即朝驾驶员想要的方向转向。转向不足的操作缺陷就被克服，它的控制油路见图2-8。当电子控制单元检测到车辆转向不足时，电子控制单元将向液压调节器发送信号，关闭前和后隔离阀，以使后轮制动回路与总泵隔离开来，防止制动液返回总泵；打开前和后启动阀，使制动液从制动总泵进入液压泵中；关闭右前和右后进口阀，以隔离右轮液压回路，从而使液压调节器只向左轮提供制动液压力；运行液压调节器泵，将合适的制动液压力施加到左轮制动轮缸上，以使车辆朝驾驶员想要的方向转向。如果在ESP 模式下进行人工制动，则退出ESP制动干预模式并允许常规制动。
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图2-6 转向不足示意图
图2-7 克服转向不足控制示意图
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图2-8 克服转向不足控制油路图
1-液压调节器总成；2-隔离阀；3-启动阀；4-右前和右后进口阀；4a-左前和左后进口阀；5-液压泵；6-左前和
左后出口阀；B-停止的制动液压力流（电磁阀闭合）；C-液压调节器泵产生的制动液压力流；M-泵电机
2. 克服转向过度的操作
转向过度示意图见图2-9，方向盘转角传感器向电子控制单元发送一个驾驶员想要朝方向“A”转向的信号，横向偏摆率传感器检测到车辆开始打转“B”，同时车辆后端开始向方向“C”滑移。说明车辆开始转向过度，电子稳定程序将实行主动制动干预。如图2-10所示，电子稳定程序利用ABS-TCS 系统中已有的主动制动控制功能，对右后轮进行制动干预，此刻由于右后轮被制动，而车子的重心因惯性作用继续向前运动，于是车子就只好以右后轮为支点，绕着它旋转，这样一来，车子就朝方向“A”转向，即朝向驾驶员想要的方向转向。转向过度的操作缺陷就被克服，它的控制油路见图2-11，当电子控制单元检测到车辆转向过度时，向液压调节器发送一个信号，关闭前和后
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隔离阀，以将制动液回路与总泵隔离开来，防止制动液返回总泵；打开前和后启动阀，使制动液从制动总泵进入液压泵中；关闭左前和左后进口阀，以隔离左轮液压回路，从而使液压调节器只向右轮提供制动液压力；运行液压调节器泵，将合适的制动液压力“C”施加到右轮制动轮缸上，以使车辆朝驾驶员想要的方向转向。
图2-9 转向过度示意图
图2-10 克服转向过度操作示意图
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图2-11 克服转向过度控制油路图
1-液压调节器总成；2-隔离阀；3-启动阀；4-左前和左后进口阀；4a-右前和右后进阀；5-液压泵；6-右前和右后
出口阀；B-停止的制动液压力流（电磁阀闭合）；C-液压调节器泵产生的制动液压力流；M-泵电机
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第三章 ESP常见故障及检修
3.1 传感器故障
ESP 功能失效多是由于传感器故障所引起。如图3-1 所示，BOSH 的ESP 系统的主要传感器包括转向角传感器G 8 5 ，横向加速度传感器G200，偏转率传感器G202和制动压力传感器G201 等。
3.1.1 转向角传感器G85
图3-1 ESP的组成
转向角传感器G85 一般安装于汽车转向柱上，转向开关与方向盘之间，与安全气囊时钟弹簧集为一体。其作用是向带有E D L / T C S /ESP 的ABS 控制单元传递方向盘转角信号。故其出现故障，ESP 系统将不能识别汽车的预期行驶方向（驾驶员意愿），从而导致ESP 不起作用。诊断时可通过ESP 自诊断功能检测出其故障。值得注意的是更换了传感器或ECU 时，要对传感器进行初始化设定。进行初始化设定时，可把点火开关转到“ON”，然后左右方向反复转动方向盘10圈左右。
3.1.2 横向加速度传感器G200
由于物理的原因，横向加速度传感器G200 应尽可能靠近汽车的重心，所以一般多安装于驾驶员座椅下的放脚空间。其作用是确定汽车所受侧向力的大小。若其失效，没有了G200信号，电子控制单元就无法识别汽车实际行驶状态，因此ESP 系统也就不能进行工作了。检测时先确定是传感器是否有线路断路或正极与外壳的短路故障，然后通过E S P 的自诊断功能确定传感器是否有故障。
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3.1.3 偏转率传感器G202
一般安装于转向柱下方偏右侧，常与横向加速度传感器一体。其作用是感知作用在汽车上的转矩，识别汽车是否有围绕垂直于地面轴线方向的旋转运动。故若其失效，汽车便没有了G202 的信号，控制单元就不能识别汽车是否发生转向，ESP 功能也就失效。检测时先确定是传感器是否有线路断路或正极与外壳的短路故障，然后通过ESP 的自诊断功能确定传感器是否有故障。
3.1.4 制动压力传感器G201
制动压力传感器G201 安装于行驶动力调节液压泵中。其功能是向电子控制单元传送制动管路的实际制动压力，控制预压力。若其失效，也即没有了实际制动力的信息，电子控制单元就无法正确计算汽车的侧向力，ESP 系统也就失去了应有的功能。检测时先确定是否有线路断路故障或正极和外壳处是否有短路现象，然后通过系统的自诊断功能确定传感器是否有故障。
3.1.5 ASR/ESP 开关E256
ASR/ESP 开关E256 安装于在仪表板内。其作用是按此开关可关闭ESP 功能，并由仪表上的警告灯指示出来，再次按压此开关可重新激活ESP 功能。如果司机忘记重新激活ESP 功能，再次启动发动机后系统可被重新激活。但在下列情况下，应关闭ESP 功能。
1. 在积雪路面或松软路面上，让车轮自由转动，前后移动车辆。 2. 安装了防滑链的车辆。 3. 在测功机上检测车辆。
若ASR/ESP 键失灵，则造成E S P 不能关闭，同时仪表板上的ASR/ESP 指示灯会闪烁，显示出现了故障。但该开关的损坏不能通过系统自诊断功能检测出，可采用万用表检测其导通状态。
3.2 电子控制单元故障
电子控制单元J104一般安装于汽车的右侧放脚空间的前部，是ESP 系统的核心，监控着所有的电器部件，并周期性地检查系统的每个电磁阀工作情况。其常见故障现象是电子控制单元的供结电压不正常或电控单元失效。检测故障时可通过系统自诊断功能来进行诊断。在行驶中，若其出现故障，驾驶员还可以使用不带ABS、EBS、ASR、和ESP 的普通制动系统。
3.3 执行器故障
3.3.1 行驶动力调节液压泵V156
行驶动力调节液压泵V156 安装于发动机舱的液压调节单元下面，和液压调节单元共用一个支座。其功用是在制动踏板力较小或根本没有压力下，弥补回油泵的不足，给加油泵吸入端提供所需的初压力。若行驶动力调节液压泵出现故障，ESP 功能也就无法执行。对于行驶动力调节液压泵的检修：可先通过自诊断功能检查油泵电路是否断路以及正极与外壳是否知路。若检测线路完好仍不工作，则是液压泵自身故障。液压泵不能修理，只能整体更换。新的行驶动力液压泵里装满了制动液，不要提前打开塞子，而没装满制动液的液压泵不能使用。
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3.3.2 液压调节单元
液压调节单元安装在发动机舱的支架上，与两个呈对角线排列的制动管路一起工作。与老的ABS 装置相比，每个制动管路上都加装了分配阀和高压阀，而且回油泵是自吸式的。ESP 系统工作时，通过控制液压调节单元里车轮制动缸的进油阀和回油阀，可使液压调节单元做到增加压力；保持压力；减少压力。但若共出现故障，整个ESP 系统就会停止工作。而液压调节单元常出现的故障多是由于电磁阀故障所引起。检测时可先通过系统自诊断功能检查分配阀及高压阀在正极和外壳有没有电路断路和短路现象，若线路良好，则是电磁阀本身故障，应更换新原件。
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第四章 结论
随着汽车技术的发展，ESP 系统已不再是什么高深技术，已开始广泛应用到普通汽车中，如自主品牌奇瑞2010款A3就标配ESP，而只要我们紧跟汽车技术发展步伐，充分理解掌握ESP 的结构及其工作原理，在不久的将来ESP会像当年的ABS一样在汽车上普及。
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致谢
在本论文定稿之际，我要感谢四年来曾经帮助我的各位老师、同学，以及教务领导和班主任，谢谢大家的关爱、理解、肯定和支持！
在此，我尤其要对热情关心、悉心指导论文的导师张黎黎老师致以敬意，表示衷心的感谢！回顾这两个月的写作历程,我遇到了很多写作上的困惑和疑问。我的导师张黎黎老师在百忙之中不但没有心生烦意，而是更加兢兢业业地为我的论文做着修改和指导，使我的毕业论文在质量上得到了本质的飞越。因此，我借此机会向我亲爱的导师汪东明老师致以最真挚的谢意，您的学生将永远铭记您的教诲！
最后，我还要感谢家人一贯给予自己的关爱、温暖和全身心的支持。 最后，我谨向在百忙中评审本文的各位专家老师致敬，表示衷心的感谢！
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